太阳能真空集热管的分类及技术参数

各种类型集热器性能优劣比较太阳能光热产业经过几十年的发展，现在已经呈现产品多样、类型多样、系统多样的格局，太阳能光热系统的核心元件——集热器也出现多种产品，概况起来有以下几种：图0、集热器种类结构图一、 结构特点和使用性能1、 真空管型集热器真空管型集热器包括全玻璃真空管型太阳能集热器、玻璃-金属结构真空管型集热器；全玻璃真空管型太阳能集热器根据使用的方式又可以细分为直插式集热器、U 型管式集热器和热管式集热器三种。

总体来说，真空管型集热器的吸热部件是真空管，具有以下特点：● 真空集热管具有真空夹层，空气对流和传导几乎为0，保温性能非常好（就象保温瓶一样），热损系数非常小，空晒温度达到200℃以上，部分达到280℃左右。

● 真空集热管是圆柱形的管状，太阳从不同方向入射时其截面不变，因此具有准跟踪性能，即早晚阳光较偏时得热量也较高。

同时对各个角度的光线都有吸收，对散射光吸收也较 好，因此在散射光较多的多云天气和略阴的天气，效率也较高。

图1、真空管接收光照示意图具体来讲，各种类型又具有各自的特点：1.1直插式真空管集热器此种类型集热器是水工质直接在真空管内流通，然后通过自然/强制循环，将热量存储并使用。

这种集热器在非承压状态下运行，对系统要求不高，安装方便。

但是直插式真空管集热器也有自身的缺点：系统抗冻性能差，对冬季防冻要求比较高；一旦发生真空管破裂，整个系统将停止运行，对维护要求比较及时；严禁在空晒状态下补水，避免发生真空管炸裂。

这种系统主要使用在低端家用系统、低端小工程和防冻要求不高的地区。

1.2U型管式和热管式真空管集热器U型管式和热管式真空管集热器是在真空管内装配U型铜管或者热管，对集热器进行空晒，通过循环在U型铜管或热管中的工质将热量带出，直接加热水或者在水箱内经过盘管换热加热水。

图2图3、U型管式真空管结构及传热示意图这种系统由于使用大量金属，所以初期投资相对较高，但总体的性价比仍然处于较高的水平，相比平板和玻璃-金属集热器具有优势；系统要经过两次换热，相比于直插式集热器，升温速度稍慢，但是从能量守恒的角度来讲，系统的得热量并没有减少，并且在继承了全玻璃真空管的高性能、可靠性高和准跟踪的优点的同时，还具有直插式集热器不可比拟的优势：a.运行安全系数高，工质在铜管和热管内循环，不直接在真空管内循环，整套系统可以承压运行，并且发生真空管破裂时整套系统正常运行；b.对防冻要求不高，由于管路中循环的是防冻液，工质冰点低；c.现场安装容易，装配简单。

太阳能光热发电真空集热管
太阳能光热发电真空集热管是一种利用太阳能将光能转化为热能的装置。

它由玻璃外管、玻璃内管、真空层、吸热层和热管组成。

在太阳能光热发电系统中，太阳光通过玻璃外管进入真空层，然后通过玻璃内管集中在吸热层上。

吸热层通常是由高热导率的材料制成，如铜或铝，以便更好地吸收太阳光并将其转化为热能。

热管是真空集热管的核心部件，它由两个金属管壳组成，内部充满工质。

当太阳光照射到吸热层上时，吸热层会将热能传递给热管。

热管内部的工质会沸腾并产生气体，然后通过热管的对流和传导将热能传递到热交换器中。

热交换器将热能转化为蒸汽，然后蒸汽驱动涡轮发电机产生电能。

这样，太阳能光热发电真空集热管就实现了将太阳能转化为可用的电能。

太阳能光热发电真空集热管具有高效、可靠、环保等优点。

它可以广泛应用于家庭、工业和商业领域，为人们提供清洁能源。

全玻璃真空管太阳集热器的分类及特点目前市面上全玻璃真空管太阳集热器主要有三大系列产品，分别是：普通型全玻璃真空管太阳集热器、热管式全玻璃真空管太阳集热器和U型管式全玻璃真空管太阳集热器三大系列产品。

目前仍然以普通型全玻璃真空管太阳集热器为主，下面就三大系列产品的结构和特点逐一介绍。

（一）普通型全玻璃真空管太阳集热器1、组成：真空管、联箱、尾座、支架组成。

分横管和竖管两种。

（1）真空管构造：真空管是全玻璃真空管集热器的核心部件、是整个太阳能系统的发动机，其性能优劣决定着整个系统的得热性能和寿命。

真空管构造图④③⑦⑥⑤②①①罩玻璃管②内玻璃管③卡子④吸气剂⑤真空夹层⑥选择性吸收涂层⑦吸气膜（2）真空管材质要求：真空管采用硼硅玻璃3.3（氧化铁含量5%以下；热稳定性好；热膨胀系数低为3.3×10-6/℃；耐热冲击性好，耐热温差大于200℃；有较高的机械强度；较好的抗化学腐蚀性能；具有良好的光学性能，透光率≥ 0.89）（3）真空管技术要求：①材料采用硼硅玻璃3.3；②空晒性能参数y≥175m2•℃/kW（当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8～30℃之间）③闷晒到水温增加35℃所需的太阳能曝辐量≤3.8MJ/ m2（当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8～30℃之间）④平均热损失系数≤0.9W/ m2·℃⑤真空度≤5×10-2Pa；⑥耐热冲击应能承受25℃以下冷水和90℃以上热水交替反复冲击3遍而不损坏；⑦耐压冲击应能承受0.6Mp的压力；⑧抗冰雹要求应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击下不损坏。

（4）真空管镀膜技术目前真空管的镀膜工艺有两种：渐变镀膜工艺和干涉镀膜工艺，过去常用的“晒乐”真空管就是采用渐变镀膜工艺，为真空管式太阳能热水器的推广和普及奠定了坚实的基础；皇明太阳能推出的干涉镀膜工艺是真空管的镀膜技术得到进一步的发展，吸收率更高、散热率更低。

真空管太阳能集热器东盛环保工程有限公司提供一、真空管集热管的结构及组成真空管太阳能集热器的结构：分内外管，内管内壁有水银涂层，内管外壁有吸热涂层，内外管之间是真空层；外管是透明的玻璃，内外管均采用高硬度的高硼硅玻璃；一端有进出口，另一端封闭。

二、真空管技术参数目前集热效果的最好的是AL---N/AL真空溅射选择性镀膜，利用该涂层的玻璃真空管，其吸收率≥0.93；红外发射率ε≤0.6；平均热损Uct0.9W/㎡℃；真空度P≤5×10ˉ3pa，采用性能高硼硅3.3特硬玻璃制造。

三、真空管与平板太阳能的区别下面将从11个方面来分析目前我国平板热水器与真空管热水器的技术分析与对比。

从而全面分析集热器热性能优缺点：1．市场占有率的比较目前，我国太阳能应用最为普及的是真空管太阳能与平板太阳能两种形式。

云南省是最早普及太阳能的省份，也是平板太阳能应用最早最广泛的地区，在九十年代，其他省份的老百姓还不认识太阳能为何物时，云南已非常普及。

八十年代与九十年代，云南省处处都是平板太阳能，而到了九九年后由于气候等因素的制约，生产工艺性要求，性能适应性条件等，导致真空管飞速发展，目前的比例为：平板太阳能占5％；真空管太阳能占95％。

3．承压能力的比较平板太阳能集热器构件为金属材料组成，集热器与热水箱之间的连接件也采用金属零部件，因而集热器与连接件都能承受一定的压力，实验压力可达0.8MPa，即承压≥0.6MPa。

而真空管集热器的构件主要为玻璃耐压0.15Mpa。

4．防冻与抗冻性能：平板集热器由于板芯为金属板芯，其板芯内均为较小的毛细管道，且板芯与外界环境温度直接联通，故气温较低时容易结冰，抗冻性能较差；而真空管太阳能由于真空管为暖水瓶结构，管子外壁与内壁之间为真空状态，管子内水在较低气温下也不易结冰；5．结垢：平板太阳能集热过程主要通过金属板芯内毛细水管吸热，故容易在此过程中水与热金属（铝管或铜管）接触后产生水垢，并且根据平板集热器结构当水在毛细水管中结构后是无法清洗排除，故平板太阳能热水器使用寿命远远低于真空管热水器；而真空管热水器集热器均为玻璃管，水在玻璃管中吸收热量，在此过程中水与玻璃接触并不容易产生水垢，就像日常生活中，金属茶壶烧水容易产生水垢，而暖水瓶不容易产生水垢，且在产生水垢后，水垢与玻璃的亲和力较小，暖水瓶中水垢较容易倒出。

真空管集热器真空管集热器是在平板集热器基础上发展起来的新型集热装置。

按照吸热体的材料分类，可分为玻璃吸热体真空管（或称为全玻璃真空管）集热器和金属吸热体（玻璃—金属）真空管集热器两大类。

（一）全玻璃真空管集热器1、全玻璃真空的基本结构全玻璃真空管由外玻璃管、内玻璃管、选择性吸收涂层、弹簧支架、消气剂等部件组成，其形状如一只细长的暖水瓶胆（图3- ）。

图3—全玻璃真空管结构示意图1.外玻璃管2.内玻璃管3.选择性吸收涂层4.真空5.弹簧支架6.消气剂7.保护帽全玻璃真空管的一端开口，将内玻璃管和外玻璃管的管口进行环状熔封；另一端分别封闭成半球形圆头，内玻璃管用弹簧支架支撑于外玻璃管上，以缓冲热胀冷缩引起的应力。

在内玻璃管和外玻璃管之间的夹层抽成高真空。

在外玻璃管尾端一般粘结一只金属保护帽，以保护抽真空后封闭的排气咀。

内玻璃管的外表面涂有选择性吸收涂层。

弹簧支架上装有消气剂，它在蒸散以后用于吸收真空集热管运行时产生的气体，起保持管内真空度的作用。

2、全玻璃真空管集热器的基本结构若干支真空管按照一定规则排列成的真空管阵列与联集管（或称为联箱）、尾托架和反射器等部件一起组成一台真空管集热器（图3—）。

全玻璃真空管集热器的联箱一般有圆形和方形两种，多采用不锈钢板制作，集热器配管接头焊接在联箱的两端。

联箱的一面或两面按设计的真空管间距开孔，真空管的开口端直接插入联箱内，真空管与联箱之间通过硅橡胶密封圈进行密封。

为了提高真空管集热器的性能，一些厂家的产品在真空管阵列的背面增设了反射板，其中多为平面漫反射板，一般采用铝板或涂白漆的平板制成。

因为反射板长期暴露在空气中，容易积聚灰尘和污垢，需要经常清理，否则反射效果会受到影响，并且反射板增大了集热器的风阻，影响集热器安装的稳定性，所以，风沙比较大的地区不宜安装带反射板的集热器。

图3— 全玻璃真空管集热器结构示意图1.全玻璃真空管2.联集管3.保温层4.保温盒外壳5.密封圈6.配管接口7.反光板8.尾托架按照真空管的安装走向的不同，全玻璃真空管集热器可分为竖直排列（南北向）和水平排列（东西向）两种排列形式，其中水平排列又有水平单排和水平双排两种形式，（图3— ）。

18太阳能光热平板真空集热管与集热器技术介绍战略新兴产业太阳能变径平板真空集热管及集热器技术介绍李春信2018年月产品及服务：1、市场范围：本集成专利技术与产品应其优良的性价比，决定了其在国内国外有着较强的竞争力与广泛的市场，产品将面向国内外供货。

现在中国已在向世界一百多个国家供货，数量在逐年增加，这是本专利技术的重要利益市场。

2、市场应用与前景太阳能光热应用是一个自发自研的民族工业产品，也是中国人的一大骄傲，目前已是世界上产量最大、应用最大的、出口最大、效益最大的民间产业，技术及应用领先世界。

目前国内保有量4.1亿平方米，至2020年国家目标保有量8亿平方米，用5年的时间实现5.5亿平方米的应用，任务艰巨，时间紧迫。

但是由于近三十年的太阳能的发展，由闷晒式→平板式→真空集热管式的发展，都在不同的环境及不同的用户选择着不同的产品。

目前出现的最大的瓶颈及障碍在于:一是新技术新产品没有接上来；二是用于低温热水的产品太阳能应用范围狭窄；三是太阳能厂家、商家没有合理利润，纷纷退场；四是随着生活水平的提高，对产品的性能要求增强，普通产品将无人问津，市场销量急剧下降，因此造成太阳能产业退场，市场严重萎缩，用户说“不好用”，厂商家说“没钱赚”，现由2008年注册公司（太阳能光热专业）近6000家到2017年为约1000家左右，市场严重萎缩。

变径平板真空集热管及集热器将是关键的产物。

它一是通过变径实现了密排，在单位面积下实现了采光面积最大化，使光热转换效率达到高端水平；二是将真空集热管内管由圆管改变为平板管，极大降低了自身的热容量，使获得的有限能量多数用于提升温度，产生蒸汽；三是将太阳能热利用产业从30年的低温热水应用历史，推进到热能应用时代，输出中温80-150℃的热能；太阳能热利用输出中温热源后，应用范围大大扩宽，可大面积进入工业、农业应用，涵盖了低温热水应用市场，开辟了热水、开水、蒸汽、采暖、制冷、海水淡化、太阳能低温发电等诸多新产业，真正开辟一个更大更广泛的市场。

太阳能全玻璃真空管集热器详解全玻璃真空管集热器All-Glass Evacuated Collector Tube平板型集热器的吸热板除了向外辐射热量外，还会通过隔热层向外传导热量、也会通过玻璃盖板下的空气对流向外散发热量，这是其主要缺点。

如果把外壳内抽成真空是可以解决向外散发热量的问题，但外壳特别是玻璃板要能承受每平方厘米1公斤的大气压力是相当困难的，集热器会变得非常笨重。

球型与圆柱形能承受较大的压力，于是就有圆管状真空管集热器，这里介绍的是全玻璃真空集热管，它由一端封口的外玻璃管与内玻璃管熔封而成，两层间抽真空，有点像广口热水瓶胆，下面是其截面图（为了便于图视，图中的真空管集热管长度较实际比例要短）。

全玻璃真空集热管示意图由于玻璃管较长，为增加强度在内外玻璃管之间有弹簧支架支撑，将内外管之间抽真空后封口。

下面是两根全玻璃真空集热管的截面正视图全玻璃真空集热管剖面图下面是两根全玻璃真空集热管的截面透视图全玻璃真空集热管剖面图-2全玻璃真空集热管的被加热工质（水）装在内管中，故在内管的外表覆盖有吸收太阳能的涂层，下图中的上面是一根完整的全玻璃真空集热管，下面是剖面图全玻璃真空集热管结构图由若干只全玻璃真空集热管与联集管可组成全玻璃真空管集热器，下图中下方为排齐的真空集热管，上方是剖开的联集管。

真空集热管是插在联集管中，连接处要用密封圈以防止漏水，联集管有保温层防止内部水的热量散失。

全玻璃真空管集热器剖面图下面是全玻璃真空集热器的侧面剖视图，图中显示了水在集热管中的对流状态，在真空集热管内的水被太阳辐射加热后密度减小就会上升，联管（水箱）中的冷水就会下降补充，形成自然循环。

经过一段时间阳光照射，在联管（水箱）中的水就被加热成热水。

为保证形成自然循环集热器要倾斜安装，水箱一端要高些。

全玻璃真空管集热器水对流示意图下面的动画直观的演示了全玻璃真空管集热器中水的对流状态。

全玻璃真空管集热器水对流动画下图是一台家用全玻璃真空管太阳能热水器（上方水箱被剖开一角），其上方水箱就是储水箱，直接为用户提供热水，由于水箱与真空集热管合为一体，故称之为一体式（或紧凑式）全玻璃真空管太阳能热水器。